黄粉虫粪发酵物浸提液对西瓜种子萌发的影响

何媛媛，王宇楠，贺冰，胡春艳，杨宏斌，张作刚

（1.山西农业大学 植物保护学院，山西 太谷 030801；2.山西农业大学 科研管理部，山西 太原 030031；3.山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801）

黄粉虫粪是黄粉虫（Tenebrio Molitor L．）养殖过程中排泄的粪便，其粪便干燥、无异味、颗粒细小如沙[1]。黄粉虫属于昆虫纲鞘翅目拟步行甲科[2]。如果单独用100 kg麦麸饲养黄粉虫，不仅可以得到30 kg左右的黄粉虫，同时还可得到20 kg左右的黄粉虫粪[1]。经测定，黄粉虫干粪中氮、磷、钾的含量分别为3.66%、1.40%和1.62%，碳氮比值为9.860，因此，它是一种优质的有机肥[3-4]。一些学者探索了黄粉虫粪的沤制条件和肥效，如吴翔等[2]研究发现，通过小区试验，土壤中添加适当比例的黄粉虫粪可以提高番茄硝酸盐含量和总酸度；刘怀如等[4]初步研究了黄粉虫粪的腐熟时间和作为基肥的施用要求；王子建等[5]研究发现，发酵的黄粉虫粪沙能够改善连作谷子的生长情况，促进谷子的生长。骆洪义等[6]研究发现，向土壤中加入土壤质量的1.5%黄粉虫粪沙，能够明显提高油菜的产量。武帅等[7]研究发现，黄粉虫粪肥能显著提高万寿菊的花朵质量，延长花期，减少倒伏。现阶段，黄粉虫粪主要用于配制动物饲料[8-9]、栽培食用菌[10-11]和作为发热材料[12-13]，黄粉虫粪在种子萌发中的应用研究较少，因此，开展黄粉虫粪发酵物在促进种子萌发上的研究具有重要的理论意义和应用价值。

西瓜（Citrullus lanatus）属于葫芦科西瓜属1年生蔓生草本植物，原产于非洲，四、五世纪时由西域传入中国[14-15]。西瓜因种植周期短、经济效益高，是我国种植的主要瓜果类作物之一。据统计，2018年全国西瓜种植面积约151.79万hm2，产量达6 153.69万t[16-17]。西瓜种子萌发是西瓜成苗的第1个阶段，其发育好坏直接决定当年西瓜的产量以及肥料、农药、人工等辅助物资的支出[18]。因此，研究种子萌发具有重大意义。

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、哈茨木霉NF9（Trichoderma harzianum）、EM菌剂、虫生真菌（Entomogenous fungi）都是常见的生防菌[19]。本试验通过种子萌发试验，研究黄粉虫粪加入上述菌种的发酵物和自然发酵（不加菌种）对西瓜发芽率、发芽势、活力指数、根长、芽长、整株鲜质量等生理指标的影响，旨在为黄粉虫粪促进种子萌发提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

黄粉虫粪由中阳县仁味仁农产品加工有限公司提供。供试西瓜品种为西农八号，天津市津科力丰种苗有限公司提供。供试发酵菌种有枯草芽孢杆菌、哈茨木霉NF9、虫生真菌，均由山西农业大学植物病理学重点实验室保藏；EM菌剂由益加益生物工程有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 发酵物的制备黄粉虫粪发酵配方如表1所示。首先，称取100 g EM菌剂，将枯草芽孢杆菌、哈茨木霉NF9、虫生真菌配制成孢子浓度为1.0×108cfu/mL的孢子悬浮液备用。其次，将发酵菌种和少量辅料玉米面、玉米秸秆粉搅拌混合均匀，然后与黄粉虫粪混合，边混合边按一定比例加红糖水（用手握起成团而不渗水，松手团块可散开），直到把所有的辅料和虫粪搅拌混合均匀。最后，将发酵物放到28℃培养箱中进行恒温暗处培养，发酵20 d左右，观察发酵产物是否有颜色加深或白色菌丝出现，若出现，则说明黄粉虫粪发酵完成。

表1 黄粉虫粪发酵配方Tab.1 Fermentation formula of yellow mealworm excrement

1.2.2 浸提液的制备将发酵完的虫粪烘干至恒质量，取200 g的虫粪加水1 000 mL，煮沸20 min后用4层纱布过滤，再用蒸馏水定容至1 000 mL，放到灭菌锅中进行灭菌，所得溶液即为100%浸提液。将100%浸提液配制成体积分数分别为2%、4%、6%、8%的提取液备用，对照用蒸馏水处理。

试验共5种浸提液，分别为：浸提液1.不加菌种的黄粉虫粪自然发酵物浸提液；浸提液2.添加枯草芽孢杆菌的虫粪发酵物浸提液；浸提液3.添加哈茨木霉NF9的虫粪发酵物浸提液；浸提液4.添加EM菌剂的虫粪发酵物浸提液；浸提液5.添加虫生真菌的虫粪发酵物浸提液。

1.2.3 种子的预处理通过观察种子形态，选取颗粒饱满、大小均匀的种子，然后将种子浸入预先准备好的55℃左右的温水中，水量以浸没种子为宜，不停搅拌，直至水温降至30℃即可停止搅拌，将种子浸泡在30℃水中5 h，浸泡结束后用蒸馏水反复冲洗种子，将种子表皮的黏液洗掉。

1.2.4 种子的发芽试验在准备好的直径9.5 cm的培养皿中放入2层大小适中的滤纸，放入灭菌锅中高温灭菌，然后在每个培养皿中倒入8 mL的浸提液，每个皿中放入西瓜种子15粒（保证每粒种子都有充足的空间）。以加入8 mL蒸馏水的培养皿为对照，每个浓度的浸提液设3次重复进行对比，整个过程在无菌操作台中进行，完成后将培养皿放入28℃恒温培养箱中进行暗培养。

1.3 测定指标及方法

种子放入培养箱后，每天21:00观察并测量培养皿中的水体质量，及时补充试验期间挥发掉的水分，保持培养皿中水体质量的恒定。自种子发芽后，每天观察种子的外部形态，并记录发芽种子数。经过相同的培养周期，以6 d计算，统计不同体积分数浸提液发芽的种子数。

种子萌发试验中，当胚根突破种皮2 mm时为萌发。每24 h统计一次发芽数，第3天计算发芽势，第6天终止种子萌发试验，计算种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数。并选取5株有代表性的发芽种子，用直尺测量芽苗的根长（胚轴与根之间的过渡点开始到根末端的长度）、芽长（胚轴与芽之间的过渡点开始到芽末端的长度），采用电子天平称取总质量、根质量、芽质量。

式中，Gt为在t日的发芽数；Dt为发芽天数；S为芽的长度。

1.4 数据分析

试验利用Excel和SPSS 24.0软件进行统计分析，并采用Duncan法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同浸提液对西瓜种子发芽率的影响

从图1可以看出，在浸提液1、2中，体积分数为2%时西瓜种子发芽率最大，都为80.0%，相比于CK提高了5.7%；浸提液1在不同体积分数间无显著差异；浸提液2中，8%与0、2%间差异显著（P＜0.05）。浸提液4、5在4%时西瓜种子发芽率最大，分别为88.9%、80.0%，相比于CK分别提高了17.4%和5.7%；浸提液4、5在不同体积分数间均无显著差异。浸提液3中，0、2%与6%、8%间差异显著，4%与8%间差异显著；其中，2%、4%、6%、8%种子发芽率均低于或等于CK，因此，浸提液3抑制种子萌发。

图1 不同浸提液对西瓜发芽率的影响Fig.1 Effects of different extracts on germination rate of watermelon

2.2 不同浸提液对西瓜种子发芽势的影响

由图2可知，西瓜种子的发芽势随着浸提液体积分数的增加先增大后降低。浸提液1、2、3在2%时西瓜种子发芽势均最大，分别为80.0%、80.0%、68.9%，相比于CK分别提高了19.9%、19.9%和3.3%；浸提液1中，不同体积分数间无显著差异；浸提液2中，2%与8%间差异显著；浸提液3中，6%、8%与0、2%、4%间差异显著。浸提液4在4%时发芽势最大，为82.2%，相比于CK提高了23.2%；其中，2%、4%与6%、8%间差异显著。浸提液5在4%、6%时，发芽势相同且最大，均为77.8%，相比于CK提高了16.6%，不同体积分数间无显著差异。发芽势主要是衡量种子的活力高低，西瓜种子在2%时，浸提液1、浸提液2的种子活力相同且最大；在4%时，浸提液4的种子活力最大；在6%、8%时，浸提液5的种子活力最大。

图2 不同浸提液对西瓜发芽势的影响Fig.2 Effects of different extracts on germination potential of watermelon

2.3 不同浸提液对西瓜种子发芽指数的影响

由图3可知，西瓜种子的发芽指数随着浸提液体积分数的增加先增大后减少。浸提液1、2、3在2%时发芽指数均最大，分别为15.060、12.730、12.940，相比于CK分别提高 了21.2%、2.4%和4.1%；浸提液1中，2%与8%间差异显著；浸提液2中，8%与0、2%、4%间差异显著；浸提液3中，0、2%与6%、8%间差异显 著，4%与8%间差异显著。浸提液4在4%时，发芽指数最大，为14.530，其中，8%与0、2%、4%、6%间差异显著。浸提液5在6%时发芽指数最大，为14.640，不同体积分数间无显著差异。发芽指数是衡量种子发芽能力及活力的指标，西瓜种子在2%时，浸提液1的种子发芽能力及活力最好；在4%时，浸提液4的种子发芽能力及活力最好；在6%、8%时，浸提液5的发芽能力及活力最好。

图3 不同浸提液对西瓜发芽指数的影响Fig.3 Effects of different extracts on germination index of watermelon

2.4 不同浸提液对西瓜种子活力指数的影响

由图4可知，浸提液1、3在2%时西瓜活力指数均最大，分别为89.480、59.020，相比于CK分别提高了90.4%和25.6%；浸提液1中，0、8%与2%、4%、6%间差异显著；浸提液3中，2%与0、4%、6%、8%间差异显著，4%与8%间差异显著。浸提液2、5在6%时活力指数均最大，分别为68.800、73.790；浸提液2中，8%与0、2%、4%、6%间差异显著，0与6%间差异显著；浸提液5中，0、8%与4%、6%间差异显著。浸提液4中，2%、4%、6%、8%的活力指数均小于CK，因此，浸提液4抑制西瓜种子活性。活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映，西瓜种子在2%、4%、8%时，浸提液1的种子综合性能最好，在6%时浸提液5的种子综合性能最好。

图4 不同浸提液对西瓜活力指数的影响Fig.4 Effects of different extracts on watermelon vigor index

2.5 不同浸提液对西瓜种子整株鲜质量的影响

不同浸提液对西瓜整株鲜质量的影响如图5所示。

图5 不同浸提液对西瓜整株鲜质量的影响Fig.5 Effects of different extracts on whole fresh weight of watermelon

由图5可知，浸提液1、5中，西瓜整株鲜质量在4%时均最大，分别为0.554、0.506 g，相比于CK分别提高了42.1%和29.7%；浸提液1中，2%、4%与0、6%、8%间差异显著；浸提液5中，不同体积分数间无显著性差异。浸提液2中，2%、4%、6%、8%的西瓜种子整株鲜质量均大于CK，说明浸提液2促进了西瓜种子的萌发生长，0、8%与2%、4%、6%间差异显著。浸提液3中，西瓜种子的整株鲜质量在2%时最大，为0.473 g，相比于CK提高了21.3%。浸提液4中，2%、4%、6%、8%的西瓜种子整株鲜重质量均小于CK，说明浸提液4抑制西瓜种子的生长。

2.6 不同浸提液对西瓜根质量的影响

由图6可知，西瓜根质量随浸提液体积分数的增加先增大后减少，浸提液1、4在2%时根质量均最大，分别为0.070、0.061 g/株，相比于CK分别提高了89.2%和64.9%；浸提液1中，0与2%、4%、6%间差异显著，2%与8%间差异显著；浸提液4中，8%与0、2%、4%、6%间差异显著。浸提液2、3、5在4%时根质量均最大，相比于CK分别提高了24.3%、37.8%和70.3%；浸提液2中，8%与0、4%、6%间差异显著；浸提液3中，不同体积分数间无显著差异；浸提液4中，8%与0、2%、4%、6%间差异显著。

图6 不同浸提液对西瓜根质量的影响Fig.6 Effects of different extracts on root weight of watermelon

2.7 不同浸提液对西瓜芽质量的影响

由图7可知，西瓜芽质量随浸提液体积分数的增加先增大后减少，浸提液1中，2%、4%与0、6%、8%间差异显著，西瓜芽质量在4%时最大，为0.481 g/株，相比于CK增加了51.7%。浸提液2中，0与2%、4%、6%间差异显著，6%与8%间差异显著；2%、4%、6%、8%芽质量均大于CK，说明浸提液2促进了西瓜种子胚芽的生长。浸提液3、4、5在不同体积分数间无显著差异，浸提液3在2%时，芽质量最大，为0.423 g/株；浸提液4中，2%、4%、6%、8%芽质量均小于CK，说明浸提液4抑制西瓜种子胚芽的生长；浸提液5在4%时，芽质量最大，为0.433 g/株。

图7 不同浸提液对西瓜芽质量的影响Fig.7 Effects of different extracts on watermelon bud weight

2.8 不同浸提液对西瓜胚根长度的影响

由图8可知，浸提 液1中，0、8%与2%、4%、6%间差异显著；2%、4%、6%西瓜胚根长均高于CK，因此，浸提液1促进西瓜根长的伸长。浸提液2中，6%与8%间差异显著；6%时西瓜根长最长，为7.467 cm，相比于CK增加了43.6%。浸提液3中，4%与0、8%间差异显著，6%与8%间差异显著；西瓜根长在4%时最长，为8.600 cm。浸提液4中，8%与0、2%、4%间差异显著；2%、4%、6%、8%根长均小于CK，说明浸提液4抑制西瓜种子根长的伸长。浸提液5中，8%与2%、4%间差异显著，4%时西瓜根长最长，为7.900 cm，相比于CK增加了51.9%。

图8 不同浸提液对西瓜胚根长的影响Fig.8 Effects of different extracts on radicle length of watermelon

2.9 不同浸提液对西瓜胚芽长度的影响

由图9可知，浸提液1、3、5在4%时西瓜胚芽长度最长，分别为5.943、5.033、5.167 cm，相比于CK分别增加了42.5%、20.7%和23.9%；浸提液1中不同体积分数间差异不显著；浸提液3中，4%与8%间差异显著；浸提液5中，8%与0、2%、4%、6%间差异显著。浸提液2中，西瓜胚芽长度在6%时最长，为6.367 cm，相比于CK增加了52.7%；浸提液4中，西瓜胚芽长度随着浸提液体积分数的增加而减小，说明浸提液4抑制西瓜胚芽的伸长。

图9 不同浸提液对西瓜胚芽长的影响Fig.9 Effects of different extracts on germ length of watermelon

3 结论与讨论

种子萌发需要进行一系列复杂的生命活动，是植株发育过程中的必经阶段，种子的萌发对植株后期的生长发育和产量具有决定性的影响。添加不同菌种、不同体积分数的虫粪发酵物浸提液对西瓜种子萌发特性的影响不同。

同一浓度下不同浸提液对西瓜种子萌发的影响效果不同。低浓度下浸提液1（不加菌剂的虫粪自然发酵浸提液）的西瓜活力指数、整株鲜质量、根质量、根长都显著高于其他浸提液；浸提液1、浸提液2（添加枯草芽孢杆菌的虫粪浸提液）的芽质量、胚芽长总体差别不大；浸提液4（添加EM菌剂的虫粪浸提液）的发芽率最好；浸提液1、4、5（添加虫生真菌的虫粪浸提液）发芽势、发芽指数相差不大。同一浸提液不同浓度对西瓜种子萌发的影响效果不同，西瓜发芽率、发芽势、整株鲜质量、根质量、根长等指标一般在2%、4%、6%时表现为最大值。浸提液1中，西瓜发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根质量、根长在2%时测定值最大，分别为80.0%、80.0%、15.060、89.480、0.070 g/株、9.500 cm；发芽指数、活力指数、整株鲜质量、根质量和根长比添加菌种的虫粪浸提液最大值分别高2.9%、21.3%、5.9%、11.1%和10.5%；西瓜整株鲜质量、芽质量、胚芽长在4%时最大，分别为0.554、0.481 g/株和5.943 cm。因此，自然发酵的虫粪浸提液体积分数在2%时对西瓜种子萌发和促进作用最明显。

添加枯草芽孢杆菌、EM菌剂、虫生真菌、哈茨木霉NF9和不加菌种的黄粉虫粪发酵物浸提液不同用量对西瓜种子萌发表现出低浓度促进、高浓度抑制的特性。这与高玉红等[16]、呼凤兰[20]等的研究结果相类似，高玉红等[16]研究表明，不同浓度腐植酸处理均可不同程度提高根系活力、叶绿素含量，从而使种子萌发整齐，种子的活力指数提高，芽苗生长粗壮。呼凤兰等[20]研究表明，适宜浓度的赤霉素处理西瓜种子后，能提高西瓜种子发芽势、发芽率和发芽长度，缩短了发芽的时间。因此，黄粉虫粪有类似腐植酸、赤霉素的效果，在一定范围内能促进种子萌发。添加EM菌剂的虫粪发酵物浸提液对西瓜种子萌发具有抑制作用，这可能与西瓜种子自身的遗传特性有关，还与黄粉虫粪发酵的不同菌种和浸提液的不同浓度有关，菌种和浓度不同使得粪肥为种子萌发提供的营养成分和含量不同[20-22]，因此，当黄粉虫粪应用于种子萌发过程中，有必要进一步研究不同植物种子萌发所需的合理施用浓度。